神东矿区砂岩微观结构对其力学及声学特性研究

发布时间：2020-03-31 18:09

【摘要】：本文以神东矿区砂岩为研究对象,采用偏光显微镜、扫描电镜、核磁共振系统、RMT-150C力学实验机、DS5-8B系列全信息声发射仪对不同类型砂岩的矿物成分、微观形貌、孔隙特征、力学性质、声发射特征进行了全面系统的研究,重点探讨了不同砂岩孔隙结构和声学特征与其力学性质影响关系,为构建神东矿区砂岩力学本构模型等相关理论研究奠定了基础,得出主要结论如下:(1)砂岩的主要成分为石英(15%以上)、长石(40%以上),并含有少量云母等;砂岩的颗粒直径与孔隙大小基本服从正态分布;粉砂岩表面平整致密,细粒砂岩表面分布着细小的孔隙,中粒砂岩孔隙结构十分发育,颗粒呈团簇状;粉砂岩和细粒砂岩T_2谱分布图呈现明显的双峰,两者均以微孔、微小孔为主,而中粒砂岩T_2谱分布图存在两种分布形式,大、中、小孔分布较为均匀。(2)砂岩弹性模量与抗压强度呈正相关,应力—应变曲线分为两种损伤破坏模型,而延性阶段的产生则是由于矿物颗粒与胶结物所形成的胶结状态本身具有一定的承载能力,从而表现出应力维持不变,应力连续增加;砂岩以劈裂和锥形破坏为主要破坏形式,粉砂岩和中粒砂岩以劈裂破坏为主,细粒砂岩则为锥形破坏和贯穿整个岩样主断裂面的破坏方式。(3)砂岩累计计数、能量与应力的变化具有一致性,累计计数与粒径呈正相关,但累计能量却无明显规律。在压密阶段,砂岩最大振铃计数、能量与粒径呈负相关,在弹性阶段粉砂岩、细粒砂岩累计振铃计数、累计能量近似成直线增长,中粒砂岩的曲线呈上凹状,进入屈服阶段,声发射活动较为活跃,振铃计数、声发射能量大致呈现阶梯状上升,试样内部损伤加剧,在应变软化阶段,出现振铃计数、能量突然增大为原来的2.5倍以上时,可以认为是即将发生破坏的前兆。(4)砂岩抗压强度与孔隙率、谱面积均以负指数变化,曲线上存在临界点,当低于临界点时,力学性能劣化速度更快,临界孔隙率与颗粒直径、孔隙直径呈正相关;弹性模量与孔隙率、谱面积呈负相关性,对孔隙率来说,粉砂岩、细粒砂岩为指数减少,中粒砂岩则为线性变化,而粉砂岩谱面积呈幂函数递减,其余两种砂岩与孔隙率保持一致,但拟合程度比抗压强度有所降低;泊松比与孔隙率、谱面积并无明显相关性,说明泊松比对孔隙率变化敏感度不高。
【图文】：

技术路线图

分布图,现场取样

研究区域如图2-1 所示。取样时，采取从地面打至主采煤层，在实验室内按照岩石力学试验规程将 62.5mm 的岩芯加工成直径 50mm，高 100mm 圆柱体标准试件，但是由于砂岩（a）研究区域分布图（b）大柳塔煤矿地面打钻现场图 2-1 现场取样Fig2-1 Field sampling
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD313

【参考文献】